Kenali, Apa itu Bioinformatika?

Kenali, Apa itu Bioinformatika? – Bioinformaika adalah suatu ilmu atau metode mengumpulkan, dan menganalisa data biologi yang bersifat kompleks seperti data DNA, RNA, dan protein, menggunakan pendekatan komputasi. Bioinformatika melibatkan bidang ilmu komputer, matematika, dan statistik dalam memproses informasi yang masif dan sulit untuk dianalisa secara manual. Bidang ini berkembang seiring dengan penambahan data biologi yang terus bertambah secara cepat, terutama di awal tahun 2000-an ketika peneliti berhasil mengumpulkan genome manusia.

Berbeda dengan komputasi biologi atau computational biology yang bertujuan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan biologi menggunakan teknik komputasi, bioinformatika lebih berfokus pada proses komputasi. Untuk lebih lanjut perbedaan biologi dan komputasi biologi, dapat dilihat pada tulisan bioinformatics vs computational biology.

Latar Belakang

Pada awal perkembangan ilmu pengetahuan biologi molekuler, ahli biologi melakukan pengambilan data biologis dengan menggunakan beberapa eksperimen atau pendekatan lainnya. Data tersebut disimpan di dalam suatu database seperti data gen disimpan di NCBI, struktur protein berada di Protein Data Bank, dan data sekuen protein berada di UniProt. Data yang masif tersebut tidak dapat dianalisa secara efektif karena keterbatasan manusia. Oleh karena itu, dibutuhkan ahli komputer untuk membantu kerja dari ahli biologi.

Ahli komputer melakukan penelitian dalam membangun software, algoritma, metode penyimpanan data untuk menyelesaikan masalah yang dihadapi ahli biologi. Sebagai contoh, Needleman dan Wunsch membuat algoritma yang berfungsi untuk mencari sekuen DNA pada database pada tahun 1960-an. Meski tujuan awalnya untuk menyelesaikan kasus biologi, algoritma yang dirancang diterapkan pada kasus yang mirip, seperti pencarian teks.

Data biologi yang dikumpulkan merupakan raw data atau data mentah sehingga perlu dilakukan analisa untuk mendapatkan informasi yang tersirat. Beberapa pendekatan statistik digunakan seperti klasifikasi, klasterisasi digunakan untuk melihat korelasi antar data sehingga data mentah tersebut dapat tervisualisasi dengan baik di mata manusia.

Perkembangan data biologis dan kebutuhan untuk menciptakan tools dan hasil analisa yang akurat melahirkan disiplin ilmu baru yang disebut dengan bioinformatika. Ruang lingkup penelitian dan kerja bioinformatika secara khusus berkaitan dengan proses pengumpulan, dan analisa data biologi menggunakan teknik komputasi.

Biological Research Modality

Tren metode yang digunakan di bidang biologi mengalami pergeseran dari masa ke masa. Pada awalnya, penelitian di biologi hanya berdasarkan pengamatan seperti yang dilakukan oleh Charles Darwin di pulau Galapagos. Darwin melakukan pengamatan pada berbagai jenis paruh pada burung Finch selama berhari-hari. Metode yang dilakukan oleh Darwin merupakan Observation-driven.

Setelah melakukan observasi, Darwin mulai mengemukan teori yang menyebabkan munculnya variasi burung Finch. Teori evolusi dan natural selection menjadi terobosan ilmu pengetahuan pada saat itu. Pada penelitian kali ini Darwin menggunakan metode Theory-driven.

Di abad yang sama, Gregor Mendel mengemukan hipotesis sekaligus eksperimen mengenai pekawinan silang pada kacang polong. Penelitian antara tahun 1856–1863 menghasilkan kesimpulan bahwa pada makhluk hidup terdapat alel resesif dan alel dominan yang mempengaruhi fenotip makhluk hidup. Apa yang dilakukan oleh Mendel merupakan metode Hypothesis/Experiment-driven.

Di tahun 1950-an, penelitian di bidang biologi molekuler menjadi topik yang hangat untuk dikerjakan. Terlebih dengan ditemukannya metode X-Ray Crystallograpy yang mampu menggambarkan struktur 3D molekul. Rosalind Franklin adalah orang yang pertama kali melakukan . Hasil penelitian Rosalind menginspirasi James Watson, Francis Crick dan Maurice Wilkins untuk memodelkan struktur DNA yang dirujuk sampai saat ini. Para peneliti bersemangat untuk memperdalam penelitian di DNA dan RNA. Data yang dikumpulkan sangat banyak dan disimpan di dalam database yang bersifat publik. Hingga tahun 2000-an peneliti berhasil mengumpulkan genome manusia secara utuh. Paradigma penelitian berfokus pada large-scale molecular data accumulation.

Setelah data terkumpul, masalah selanjutnya ialah mengolah data yang bersifat masif. Para peneliti biologi menggunakan tools dan software untuk menganalisa data tersebut sehingga mendapatkan informasi yang diperlukan. Tidak hanya dengan eksperimen di dalam laboratorium, para ahli juga menggunakan komputer dalam melakukan penelitian mulai terfokus pada bidang bioinformatika.

Oleh karena itu, penelitian di bidang biologi mengalami berkembangan dari penelitian dengan skema observation-driven -> theory driven -> hypothesis/experimental -> large-scale molecular data accumulation -> bioinformatics.

Dogma Biologi Molekuler

Tidak hanya dalam agama, di biologi juga terdapat dogma yang belakangan ini mulai bertolak belakang dengan fakta untuk beberapa kasus.

Dogma pertama yang berkembang ialah DNA yang berada di dalam sel akan ditranslasi menjadi sebuah RNA messenger (mRNA) dengan bantuan RNA polimerase. Setelah itu mRNA akan bergerak menuju ribosom di dalam sitosol. Di dalam ribosom, mRNA akan ditranslasi menjadi protein dengan susunan asam amino sesuai dengan urutan asam nukleoitida yang berada di mRNA.

Protein yang terbentuk akan mulai bertugas sesuai dengan karakteristik dan fungsinya. Contohnya protein hemoglobin yang bertugas untuk mengikat oksigen. Ada pula enzim pencernaan yang membantu memecah makromolekul pada makanan menjadi molekul yang dapat diproses di dalam sel. Selain itu, terdapat hormon yang berfungsi untuk memberikan rangsangan tertentu pada organ tubuh.

Meski menjadi dogma, alur DNA menjadi RNA kemudian protein tidak sepenuhnya benar. Virus Rotavirus yang merupakan virus yang hanya memiliki RNA menggunakan enzim reverse transcription untuk membuat DNA berdasarkan RNA yang dimiliki oleh virus. DNA yang terbentuk digunakan untuk melakukan transkripsi RNA yang dibutuhkan untuk membentuk virus baru.

Selain pembentukan DNA dari RNA, terdapat juga fenomena protein mampu membentuk protein lain yang dilakukan oleh Prion. Prion adalah protein yang gagal melakukan lipatan/folding atau gagal membentuk struktur 3 dimensinya yang sering menjadi penyebab penyakit yang menyerang sistem saraf manusia dan hewan. Prion mampu menggandakan diri dengan cara menginfeksi protein normal sehingga protein tersebut menjadi prion.

Dogma kedua yang ada di dalam biologi ialah satu gen akan membentuk satu protein. Secara teori, setiap gen bertanggung jawab terhadap pembentukan sebuah polipeptida. Hipotesis ini dicetuskan oleh George Beadle di tahun 1945, tapi kemudian direvisi ketika disadari bahwa gen juga bertugas untuk membentuk protein non-enzim dan rantai politpeptida yang berbeda. Oleh karena itu, saat ini diyakini bahwa beberapa gen akan membuat beberapa jenis RNA yang terlibat pada sintesis protein.

Dogma ketiga adalah protein domain lebih tahan terhadap proses evolusi. Protein domain adalah sub-struktur protein yang memiliki fungsi dan bersifat indipendent terhadap struktur globalnya. Bahkan, protein domain memiliki proses evolusi yang bersifat mandiri. Mungkin analogi yang bisa diterapkan ialah kalau struktur protein secara global adalah Indonesia, protein domain adalah Nangroe Aceh Darussalam yang menerapkan syariat Islam sendiri. Lah.

Kesimpulan

Bioinformatika adalah bidang ilmu yang mempelajari teknik komputasi dalam melakukan pengumpulan dan analisa data biologis kompleks. Biologi, ilmu komputer, matematika, dan statistika memiliki peranan penting di dalam bidang bioinformatika. Kehadiran bioinformatika tidak terlepas dari data biologi yang masif dan sulit dikelola secara manual sehingga menjadi tren penelitian di bidang biologi saat ini. Meskipun biologi bukan ilmu pasti, terdapat dogma yang mempermudah ahli bioinformatika dalam mengembangkan software atau pemodelan yang tepat sesuai dengan kebutuhan ahli biologi. (medium.com)

Info ruanglab lainnya:

• Penemu DNA – James Watson
• Novalia Pishesha, Peneliti Harvard Asal RI Ciptakan Obat Autoimun
• Kenali Pengertian Informatika
• Yogi Ahmad Erlangga, Sang Penemu Teori Matematika Dunia Asal Indonesia
• Sepintas Terlihat Mirip, Kenali Perbedaan Susu Evaporasi dan Susu Kental Manis